【正文】 永磁無刷電動(dòng)機(jī)等。1 因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求是很高的。 在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度，以滿足車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。　電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高1次充電的續(xù)駛里程。 鑒于電動(dòng)車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求采用永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達(dá)幾十萬轉(zhuǎn)運(yùn)行。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)為進(jìn)一步擴(kuò)充轉(zhuǎn)速，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)也可以采用弱磁控制。 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的功率范圍較小，最大功率僅幾十千瓦。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)在恒功率模式下，操縱復(fù)雜，需要一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造價(jià)很高。從總的方面來考慮，傳感器的使用應(yīng)該盡量減少單片機(jī)的信號(hào)處理量，但是又必須能使車行駛自如?？刂坪诵牟捎?1單片機(jī)，控制系統(tǒng)與電路用光耦完全隔離以避免干擾。如圖31所示:直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)顯示部分程序部分控制電路驅(qū)動(dòng) 圖 31電動(dòng)自行車的基本原理是：由蓄電池提供電能，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)自行車。 MCS51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM) 8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM) 8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 中斷系統(tǒng) 8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。INTEL的MCS51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：8051的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(212MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10p30p。MCS51系列單片機(jī)中的8038051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線 與P3口線復(fù)用。Pin20:接地腳。Pin19:時(shí)鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。Pin18:時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2腳輸入。輸入輸出(I/O)引腳，Pin39Pin32為P0輸入輸出腳，這些輸入輸出腳的功能說明將在以下內(nèi)容闡述。Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。 它的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理采用逐次逼進(jìn)型，芯片由單個(gè)＋5V電源供電，可以分時(shí)對(duì)8路輸入模擬量進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，典型的A／D轉(zhuǎn)換時(shí)間為100微妙左右。內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，如圖43所示:圖 43 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳功能說明：性參考電源。START：?jiǎn)?dòng)A/D轉(zhuǎn)換控制輸入，高電平有效。入的工作時(shí)鐘，典型頻率為500KHz。ALE：地址鎖存控制輸入，高電平開啟接收3位地址碼，低電平鎖存地址。CBA：3位地址輸入，其8個(gè)地址值分別選中8路輸入模擬量IN0～I(xiàn)N7之一進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換未完成時(shí)，EOC輸出低電平；當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換完成時(shí)，EOC輸出高電平。4. 3 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)4. 動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱星形接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號(hào)，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。永磁體NS交替交換，使位置傳感器產(chǎn)生相位差120176。每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態(tài)，定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸線在空間轉(zhuǎn)動(dòng)60176。電角度空間位置，轉(zhuǎn)子在新位置上，使位置傳感器U、V、W按約定產(chǎn)生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導(dǎo)通組合，使定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸再前進(jìn)60176。正因?yàn)闊o刷直流電動(dòng)機(jī)的換向是自身產(chǎn)生的，而不是由逆變器強(qiáng)制換向的，所以也稱作自控式同步電動(dòng)機(jī)。由于定子磁場(chǎng)軸線可視作同轉(zhuǎn)子軸線垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩與繞組電流成正比，這正是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電流轉(zhuǎn)矩特性。m）電動(dòng)機(jī)兩相繞組反電勢(shì)的差正比于電動(dòng)機(jī)的角速度：ELL=Keω （V）所以電動(dòng)機(jī)繞組中的平均電流為：Iav=（VmE為每相繞組電阻。（VDC（Keω/2Ra）Kt、Ke是電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，ω為電動(dòng)機(jī)的角速度（rad/s），所以，在一定的ω時(shí)，改變占空比δ，就可以線性地改變電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，得到與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓控制相同的控制特性和機(jī)械特性。當(dāng)Vc設(shè)定以后，無論是負(fù)載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于指令轉(zhuǎn)速時(shí)，反饋電壓Vfb變小，調(diào)制波的占空比δ就會(huì)變大，電樞電流變大，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大而產(chǎn)生加速度，直到電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止；反之，如果電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速比指令轉(zhuǎn)速高時(shí)，δ減小，Tm減小，發(fā)生減速度，直至實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止。由于無刷直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁來源于永磁體，所以不象異步機(jī)那樣需要從電網(wǎng)吸取勵(lì)磁電流；由于轉(zhuǎn)子中無交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無銅耗又無鐵耗，所以效率比同容量異步電動(dòng)機(jī)高10%左右，一般來說，無刷直流電動(dòng)機(jī)的力能指針（ηcosθ）比同容量三相異步電動(dòng)機(jī)高12%20%。下面對(duì)各部分電路作簡(jiǎn)單介紹。因此，必須用啟動(dòng)電路給恒流源的BJT TT5提供基極電流。當(dāng)輸入電壓V1高于穩(wěn)壓管DZ1的穩(wěn)定電壓時(shí)，有電流通過TT2，使T3基極電位上升而導(dǎo)通，同時(shí)恒流源TT5也工作。與此同時(shí)，T2因發(fā)射結(jié)電壓為零而截止，切斷了啟動(dòng)電路與放大電路的聯(lián)系，從而保證T2左邊出現(xiàn)的紋波與噪聲不致影響基準(zhǔn)電壓源。在電路設(shè)計(jì)和工藝上使具有正溫度系數(shù)的RRDZ2與具有負(fù)溫度系數(shù)的TDD2發(fā)射結(jié)互相補(bǔ)償，可使基準(zhǔn)電壓VREF基本上不隨溫度變化。 這部分電路由T4～T11組成，其中TT11組成復(fù)合調(diào)整管；R1R13組成取樣電路；TT8和T6組成帶恒流源的差分式的電流IC5=IC8+IB10，當(dāng)調(diào)整管滿載時(shí)IB10最大，而IC8最小；而當(dāng)負(fù)載開路時(shí)IO=0，IB10也趨于零，這時(shí)IC5幾乎全部流入T8，使得IC8的變化范圍大，這對(duì)比較放大電路來說是不允許的，為此接入由TR9級(jí)成的緩沖電路。這樣就減輕了T8的過多負(fù)擔(dān)使IC8的變化范圍縮小。保護(hù)的目的主要是使調(diào)整管（主要是T11）能在安全區(qū)以內(nèi)工作，特別要注意使它的功耗不超過額定值PCM。假設(shè)圖1中的DZDZ4和R14不存在，R15兩端短路。當(dāng)輸出電流急劇增加，例如輸出端短路時(shí)，輸出電流超過極限值（IO(CL)=PCM/VI=）時(shí)，即當(dāng)V11，使T12管導(dǎo)通。這種簡(jiǎn)單限流保護(hù)電路的不足之處是只能將輸出電流限制在額定值以內(nèi)。圖1中DZDZ4和R1R15所構(gòu)成的支路就是為實(shí)現(xiàn)上述保護(hù)目的而設(shè)置的。顯然，（VI –VO）越大，即調(diào)整管的VCE值越大，則IO越小，從而使調(diào)整管的功耗限制在允許范圍內(nèi)。 過熱保護(hù)電路電路由DZTT14和T13組成。當(dāng)某種原因（過載或環(huán)境溫升）使芯片溫度上升到某一極限值時(shí)，R3上的壓降隨DZ2的工作電壓升高而升高，而T14的發(fā)射結(jié)電壓VBE14下降，導(dǎo)致T14導(dǎo)通，T13也隨之導(dǎo)通。電路中R10的作用是給T10管的ICEO10和T11管的ICBO11一條分流通路，以改善溫度穩(wěn)定性。圖 46三端穩(wěn)壓器的典型接法圖46是應(yīng)用78L05輸出固定電壓VO的典型電路圖。電路中接入電容CC2是用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償?shù)模煞乐狗€(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。D是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端意外短路時(shí)，給輸出電容器C3一個(gè)放電通路，防止C3兩端電壓作用于調(diào)整管的be結(jié)，造成調(diào)整管be結(jié)擊穿而損壞。下面是KMI151系列磁阻式集成轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理與典型應(yīng)用。測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)經(jīng)常采用磁阻式傳感器或光電式傳感器進(jìn)行非接觸性測(cè)量，傳統(tǒng)的磁阻式傳感器是由磁鋼、線圈等分立元件構(gòu)成的，亦可用耳塞機(jī)改裝而成。圖48 傳感器簡(jiǎn)化電路圖49測(cè)量原理 KMI151型傳感器的性能特點(diǎn) 目前，轉(zhuǎn)速傳感器正朝著高靈敏度、高可靠性和全集成化的方向發(fā)展KMI151芯片內(nèi)含高性能磁鋼、磁敏電阻傳感器和IC。由于其外圍電路比較簡(jiǎn)單，因而很容易配二次儀表測(cè)量轉(zhuǎn)速。（典型值），由于與齒輪相距較遠(yuǎn)，因此使用比較安全。另外，芯片內(nèi)部還有電磁干擾濾波器、電壓控制器以及恒流源，從而保證了其工作特性不受外界因素的影響。KMI151采用＋12V電源供電（典型值），最高不超過16V。 KMI151工作原理 KMI151型集成轉(zhuǎn)速傳感器的外形如圖47所示，它的兩個(gè)引腳分別為UC（接＋12V電源端）和U－（方波電流信號(hào)輸出端）。該傳感器的簡(jiǎn)化電路如圖48所示。實(shí)際上，該傳感器是由4只磁敏電阻構(gòu)成的一個(gè)橋路，可固定在靠近齒輪的地方，其測(cè)量原理如圖49所示。此外，該傳感器具有很強(qiáng)的方向性，它對(duì)沿Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的物體十分敏感，而對(duì)沿Z軸方向的振動(dòng)或抖動(dòng)量很不敏感。工作時(shí)，傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)首先通過EMI濾波器濾除高頻電磁干擾，然后經(jīng)過前置放大器，再利用施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形以獲得控制信號(hào)UK，并將其加到開關(guān)控制式電流源的控制端。它們之間的關(guān)系式為：ICC＝IH＋I(xiàn)K 當(dāng)控制信號(hào)UK＝0（低電平）時(shí)，該電流源關(guān)斷，IK＝0，ICC＝IH＝7mA。圖410給出了從U－端輸出的方波電流信號(hào)的波形，其高電平持續(xù)周期為T。20%。而電阻R穩(wěn)壓管VDZ和晶體管VT1則可構(gòu)成取樣電路，其中VT1接成射極跟隨器。這樣，IH在經(jīng)過RR2分壓后可給A2提供基準(zhǔn)電壓UREF，從而在UCC發(fā)生變化時(shí)，由A2對(duì)取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生誤差電壓Ur，同時(shí)通過改變VT2上的電流來使UC保持不變。若被測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)工件上沒有齒輪，亦可在轉(zhuǎn)盤外緣處鉆一個(gè)小孔，套上螺扣，再擰上一個(gè)螺桿并用彈簧墊圈壓緊，以防止受震動(dòng)后松動(dòng)，并以此代替齒尖獲得轉(zhuǎn)速標(biāo)記信號(hào)。工作時(shí)，轉(zhuǎn)速傳感器輸出方波電流信號(hào)，從而在負(fù)載電阻RL與負(fù)載電容CL上形成電壓頻率信號(hào)UO（ｆ），并送至二次儀表。需要指出：KMI151輸出的是齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率f（單位是Hz，即次/s）信號(hào)，欲得到轉(zhuǎn)速ｎ（r/min），還應(yīng)將f除以齒輪上的齒數(shù)N，并將時(shí)間單位改成分鐘，公式如下：ｎ＝60f/N （公式51） 圖411(b)所示電路是由二極管VD、穩(wěn)壓管VDZ和電容C1構(gòu)成的靜電放電（ESD）保護(hù)電路，該電路可吸收2KV的ESD電壓，因而可對(duì)芯片起到保護(hù)作用。 譯碼器